人工挖孔嵌岩灌注桩承载特性现场试验与机理分析.docx

人工挖孔嵌岩灌注桩承载特性现场试验与机理分析 陈小钰+张明义+白晓宇摘 要：以青島市某大型工程为依托，对在泥质粉砂岩地基中的5根人工挖孔嵌岩灌注桩分别进行竖向静载荷试验与桩身内力测试根据大直径嵌岩桩实测数据探讨大直径人工挖孔嵌岩灌注桩的荷载传递机理与竖向承载特性试验结果表明：试桩荷载沉降（Q-s）曲线为缓变形，桩顶沉降量均小于11 mm，卸载回弹率大，幅度为51%～75%，承载力较高，5根试桩均满足设计要求；在最大荷载下，5根嵌岩桩桩端阻力所占桩顶荷载比值均在10%～20%之间，随桩长、嵌岩深度（中风化）增大而减小，表现出端承摩擦桩的特性；桩身荷载自上而下逐步发挥，上覆土层先达到侧摩阻力极限值，在嵌岩段中部侧摩阻力达到峰值；桩入岩越深，安全储备量越大，在泥质粉砂岩中风化段，实测侧摩阻力约为规范推荐值的2.5倍，说明5根桩有较大的承载潜力；随着荷载的增大，嵌岩段分担的总阻力由39%上升至45%，嵌岩段侧摩阻力占主要比重，但桩端阻力分担荷载的比例上升速率较快；根据行业标准与静载试验数据，重新认识该地层人工挖孔嵌岩灌注桩的竖向承载特性，充分发挥其承载潜力，对工程桩桩身尺寸进行优化，达到节约材料和提高施工功效的目的，具有较好的经济效益。

关键词：挖孔桩；泥质粉砂岩；桩身应力；桩侧摩阻力；桩身优化：TU473.1文献标志码：A ：1674-4764（2017）05-0079-08Abstract：Based on an important project at Qingdao， vertical static load test and the pile shaft stress test were conducted on five manual hole digging and pilling piles installed into argillaceous siltstone. The load transfer mechanism and vertical load bearing capacity of the large-diameter rock-socketed piles were discussed through the measured data. The test results showed that the load-displacement of five test piles was slow type， with the pile sedimentation less than 11 mm and larger unloading resilience ranging from 51%～75%， and all the piles had high bearing capacity which could meet the design requirements. Under the ultimate load， the proportion of head load transmitted and supported by the shaft base was between 10%～20% and decreased along with the increase of the shaft length and socked length （socketed into medium weather part）， which showed the characteristic of end-support friction pile. The load of the shaft gradually worked from the top to the toe， and the soil side friction reached its ultimate value at first， while the peak side friction located at the medium of the socked length. The deeper of the socked length， the more safety stock of the pile， and the measured side friction was 2.5 times of the recommendation at the medium weathering rock. The percentage of the socked part supporting the total loading increased from 39% to 45% along with the increasing applied load， and the side friction of the socked part played an important role while the end resistance possessed a quick growth ratio. Based on the standard and data of static load test， vertical bearing capacity of the manual hole digging pile was refreshed， and the pile size was optimized in order to save the materials and improve the effectiveness of the construction， leading to the great economic benefits.Keywords：hole digging pile； argillaceous siltstone； static compression load； shaft friction； pile optimizationendprint人工挖孔桩最早于1983年在美国温哥华问世，具有施工成本低，影响范围小，承载力大等优点，一般直径大于800 mm[1]。

随着近年中国经济的发展，人工挖孔桩被广泛运用于江苏、江西、山东半岛等地的重点高层建筑、大型桥梁以及码头工程中；同时，人工挖孔桩的广泛应用也吸引众多学者关注柳春[2]收集福州市300根以软弱土层作为持力层的人工挖孔灌注桩，给出其承载力计算公式以及当地常用土层的极限端阻力标准值；蔡来炳等[3]根据现场试验数据，分析了花岗岩残积土对人工挖孔桩承载力的影响，指出以花岗岩残积土为持力层的人工挖孔桩，单桩承载力主要取决于桩端承载力；何现启等[4]使用模糊综合法对影响灰岩地区人工挖孔桩施工安全各因素进行多层次综合评价；曹贤发[5]利用FLAC3D软件建立人工挖孔施工过程中桩间土失稳力学模型，并探讨了各主要因素对桩间土稳定性的影响规律；余海见等[6]通过ANSYS分析了人工挖孔桩护壁结构对桩竖向承载力贡献的影响，在给定工况条件下，按承载力控制时，分段式护壁结构对桩竖向承载力的贡献可高达20%已有研究从承载性能、施工技术等不同角度对人工挖孔桩进行了分析与研究，但对于嵌岩深度（全风化）大于10 m的人工挖孔桩鲜有研究另外，《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）[7]中取干作业钻孔作用下的侧阻极限值来估算人工挖孔桩侧阻力极限值，与实际工况不符。

设计人员过低评估桩身侧摩阻力，造成桩身尺寸过大，从而引起不必要的财力与物力成本鉴于此，为深入研究人工挖孔嵌岩桩的受力特性与荷载传递机制，根据青岛某大型工程中5根大直径人工挖孔嵌岩灌注桩静载试验与桩身内力测试结果，分析深厚泥质粉砂岩中人工挖孔灌注桩的受力特性1 试验概况1.1 工程概况青岛某大型工程位于胶州市胶东镇，大沽河西岸地区，土层0绝对高程约10.0 m，拟采用框架结构体系，基础采用大直径人工挖孔嵌岩灌注桩，试验桩5根，桩径1.0 m，桩长介于12～13 m之间，混凝土强度等级为C30，桩端持力层为中等风化泥质粉砂岩，各试桩参数如表1所示1.2 场地水文地质与工程地质条件场区地形整体较平坦，地貌属河流洪沖积平原，后经人工回填改造场区土层主要由第四系全新统人工填土层、洪冲积层组成，场区基岩埋深较浅，基岩面整体较平缓，基岩软硬不均，主要为白垩系王氏群红土崖组泥质粉砂岩地下水形态类型主要是上层滞水和基岩裂隙水，实测钻孔内水位标高为4.94～9.77 m，场区地下水主要受大气降水补给，受季节影响，地下水位年变幅1～2 m按地层渗透性，场区地下水对混凝土结构具有弱腐蚀性，属Ⅱ类环境类型工程共揭示了5个标准层，1个亚层，按自上而下，由新到老的顺序将各土层分布特征与其物理力学性质分述如表2，其中fak 由静载荷试验测得，ck、φk为室内剪切试验取得。

场区地下水位较浅，一般在粉质黏土层与填土层之间；泥质粉砂岩中风化带稳定性相对较强，是很好的桩端持力层，由于其下覆厚度较大，按桩基考虑，桩端持力层以下地基可视为均匀性地基；填土层、黏土层与泥质粉砂岩全、强风化段均有不同程度的弱膨胀性，呈不连续层状或团状分布； 桩身自重较小，可忽略不计2 试验方案选取场地共5根试桩进行竖向承载性能研究，经桩身低应变检测后，5根试桩与锚桩桩身结构均完整，属Ⅰ类桩在此基础上，桩身内力测试与单桩静载试验同时进行2.1 静载荷试验静载荷试验最大加载量应大于设计单桩抗压承载力特征值的2倍[8]，P1、P2、P4试桩最大加载量为12 600 kN，P3、P5为10 800 kN，5根试桩加载到最大荷载时均未产生明显破坏试验采用锚桩反力梁体系加载，4根锚桩与反力梁连接，使用4台500 t的千斤顶配合高压油泵同步加载，合力中心与试桩轴线重合施加的荷载通过安装在千斤顶上的荷重传感器进行量测，桩顶位移通过安装在桩顶的4个位移传感器量测静载试验采用慢速维持荷载法，每级加载量为1 080 kN，首次施加两级荷载，以后每级加载1 080 kN，试验过程中加载与补载均自动完成测读时间、终止试验条件以及试桩极限承载力的确定均按《建筑桩基检测技术规范》（JGJ 106—2014）[8]执行。

锚桩施工工艺与试验桩相同，锚桩为人工挖孔扩底桩，锚桩中心与试验桩中心的距离为4.0 m，锚桩提供的反力大于预估最大加载值的1.5倍，锚桩参数见表3静载试验加载系统立面图见图1、图22.2 桩身内力监测为提高试验精准性与可操作性，5根试桩在相同位置布设JTM-V1000型振弦式钢筋应力计和XB-150型振弦式土压力计每根试桩安装6组钢筋应力计与2个土压力计，钢筋应力计布设分布如图3，每一截面4个钢筋应力计呈90安装每根试桩共24个钢筋应力计，钢筋应力计在安装时采用同轴搭接焊在每级加载前后记录钢筋应力计频率值，进一步求得加载过程中的桩身轴力、桩侧摩阻力与桩端阻力钢筋应力计安装现场如图4所示3 试验结果与分析3.1 Q-s曲线分析Q-s曲线从宏观上表现了荷载传递性状、桩土相互作用以及桩受荷载破坏模式，因此，对Q-s曲线分析有助于对桩身竖向承载力的分析[9-12]试验区5根试桩Q-s曲线如图5所示，各试桩的最大加载值，桩顶沉降相关数据见表4从表4及图5可以看出，在各级荷载作用下，5根试桩沉降均较小，最大仅为10.31 mm，嵌岩桩承载性能较好；残余变形小，残余沉降介于1.5～4.6 mm之间，卸载回弹率大，幅度为51%～75%，桩的弹性工作特性较明显，并具有一定的压缩性。

5根试桩的Q-s曲线为缓慢型，在整个加载过程中，无陡降段，随着荷载的增大沉降速率基本保持不变，总沉降量较小，在6.07～10.31 mm之间，为典型的抗压静载试验曲线，说明即使嵌入软岩地基，嵌岩桩的承载力依然较高吕福庆[13]等根据19个工程。